nanotecnología aplicada a la odontología restauradora

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Nanotecnología aplicada a la odontología restauradora
Juan Augusto Fernández Tarazona - [email protected]
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Introducción
La nanotecnología
Resinas compuestas
Resinas de nanorelleno
El “efecto racimo de uvas”
Resinas nanohíbridas
Adhesivos con nanorelleno
Conclusiones
Bibliografía
"Lo sabio es la meta del alma humana y, a medida que se avanza en sus conocimientos, va alejando a su
vez el horizonte de lo desconocido."
Heráclito
Introducción
La odontología contemporánea ha sufrido cambios revolucionarios que han permitido ciertamente
transformar y simplificar la forma en que los operadores llevan a cabo la práctica clínica.
Este camino fue logrado básicamente, por el gran impulso que hubo en la tecnología de los materiales
dentales, siendo su mayor beneficiario la dentística u odontología restauradora, con el desarrollo de resinas
compuestas y adhesivos muy versátiles.
Es necesario tener presente los conceptos que se desarrollarán en este trabajo porque es un hecho real
que hay grandes y vertiginosos cambios en la odontología restauradora y los biomateriales cada día, esto
hace que en la mayoría de casos los odontólogos quedemos desfasados en nuestra práctica diaria por no
poder alcanzar un prototipo de trabajo simple y de alta calidad. Es así que serviremos como una fuente de
apoyo con conceptos teóricos que permitirán comprender la relevancia clínica de la nanotecnología en
nuestra especialidad.
El presente trabajo, tiene por finalidad describir que es la nanotecnología, su aplicación de en la
odontología restauradora, sus ventajas y desventajas tanto clínicas como la de los propios materiales y las
perspectivas que ofrecen.
La nanotecnología
El término ¨nanotecnología¨ fue acuñado por el profesor Kerie E. Drexler a mediados del siglo XX.
Etimológicamente la palabra Nano deriva de una palabra griega que significa pequeño o diminuto. Esta idea
un tanto ficticia en sus inicios se convertiría en todo un suceso a futuro, tal como afirmara en 1959 el premio
Nobel de Física Richard P. Feymann, quien en uno de sus artículos nos decía ¨esta es una innovación la
cual pienso que no debe ser eludida¨.
La idea de la nanotecnología marcó el inicio para el desarrollo de un nuevo campo tecnológico con una
amplia perspectiva para áreas como la ingeniería, ciencias básicas, la medicina, la odontología e incluso las
ciencias sociales. Como respuesta a ello, tenemos que por ejemplo a nivel comunitario la nanotecnología es
usada en sistemas de filtración de agua que producen mejores y más higiénicas fuentes de agua.
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Fig.1. Filtro de agua que utiliza las nanopartículas para purificar el agua.
En el caso de las ciencias básicas, tenemos el ejemplo particular de la biología molecular, desarrollada en
los años 50 con el desarrollo de la estructura del ADN, el cual fue introducido por Watson y Crick en 1954.
Este trabajo les valió ser reconocidos con el premio Nobel 20 años después. Empezó como una teoría
dogmática central que luego fue mejorada por científicos especialistas en genética los cuales originaron un
fenómeno biológico con la teoría de recombinación y crecimiento.
Fig. 2. Watson y Crick con la estructura del ADN a la derecha.
Para entender lo que es la nanotecnología de una manera integra, partiremos del concepto básico de que la
unidad fundamental de medición para la longitud es el metro. Un nanómetro es una billonésima parte del
metro (1/1, 000, 000,000) o un milésimo de una micra (1/1000). La comprensión de una forma más
aplicativa de estas mediciones la hallamos en que un nanómetro es ochenta mil veces más pequeño que el
diámetro de un cabello humano.
Fig. 3. Comparación entre un cabello humano y un nanómetro.
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Según Mitra, la nanotecnología es conocida también como nanotecnología molecular o ingeniería molecular,
su finalidad es la producción de materiales y estructuras en el rango de 0.1 a 100 nanómetros – la
nanoescala - por varios métodos físicos o químicos. Este concepto es complementado por Saravana y
Vijayalakshmi, quienes enuncian que la nanotecnología es la manipulación de la materia hasta el nivel
nanométrico y que la aplicación de la misma en la medicina es llamada nanomedicina. En palabras simples
es la ingeniería a nivel atómico o molecular.
Fig. 4. Esquema gráfico que ilustra la Nanoescala.
Fig. 5. Microfotografía de partículas bajo Microscopía Electrónica de Barrido (Imagen
perteneciente al Dr. Mei Gao, CSIRO Ciencia Molecular).
En teoría, la nanotecnología puede utilizarse para lograr que los productos sean más ligeros, más fuertes,
más accesibles y más exactos. Si este tipo de material se usara para fabricar un avión, éste podría pesar 50
veces menos y ser igual de resistente.
A partir de aquí las investigaciones en el campo de la odontología se empezaron a desarrollar enfocados
básicamente a los materiales empleados en la operatoria dental es así que esta fue la especialidad más
beneficiada con las bondades de la nanotecnología.
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Los resultados de este impulso, se vieron posteriormente reflejados con la aparición de sistemas adhesivos
y resinas compuestas que contaban con nanopartículas incorporadas dentro de su composición.
Resinas compuestas
Desde los albores del desarrollo de las Resinas Compuestas, estos materiales experimentaron diversas
modificaciones en busca de que posean óptimas propiedades mecánicas, estéticas y que sean
biocompatibles, además se trató de que pudiesen emplearse tanto para dientes anteriores como para los
posteriores, este hecho fue una gran limitante .
Para comprender el vertiginoso desarrollo de las Resinas Compuestas y su desempeño clínico,
recordaremos la clasificación tradicional que tenemos de ellas de acuerdo al tamaño de sus partículas,
siendo las primeras en aparecer las Resinas de Macropartículas y las de Nanopartículas recientemente.
Fig. 6. Clasificación de las Resinas Compuestas propuesta de acuerdo al tamaño de sus partículas,
también se aprecian características del tipo de relleno, su tamaño promedio y algunas marcas
comerciales (Modificado de: Restauraciones anteriores directas imperceptibles con resinas
compuestas. Vargas, Marcos A. En: Henostroza Haro, Gilberto, editor. Estética en odontología
restauradora.1ra ed. Madrid; Ripano; 2006. Capítulo 8, p. 223).
Dentro de las características de las resinas de macropartículas, encontramos que presentaban deficiencias
relacionadas con su rugosidad superficial y dificultad de pulimento, esto debido a la pérdida de la carga
inorgánica (partículas) de la matriz resinosa, acelerando el desgaste de la misma. Después de pulidos y de
cierto tiempo de uso en la cavidad bucal, se tornaban ásperos por la desintegración de la matriz orgánica lo
que facilitaba el manchado prematuro y el cambio de color.
Además poseían alta carga de relleno (68% a 80%), resistencia a la fractura por lo cual su uso se limitó al
sector posterior. Actualmente han quedado en desuso.
Fig. 7. Ejemplos de resinas compuestas de macropartículas (Imagen
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perteneciente a Juan A. Fernández Tarazona).
Las resinas de Micropartículas surgieron como respuesta a las desventajas que tenían las resinas de
macropartículas sobre todo al pobre poder de pulimento. Los fabricantes agregaron rellenos más pequeños,
más redondeados, blandos y con una distribución de tamaños más apropiada, que permiten agregar un
porcentaje mayor de relleno por unidad de volumen, mejorando las características de manipulación,
superficie acabada más lisa, terminado más rápido y buena estabilidad de color.
Dentro de sus limitaciones se hallaban la baja resistencia a la fractura, alto coeficiente de expansión
térmica, baja resistencia a la tracción, alta capacidad de deformación, la mayoría no eran radiopacas y alta
contracción de polimerización. Su uso se limitó al sector anterior.
Fig. 8. Resinas compuestas de micropartículas de algunas marcas comerciales (Imagen
perteneciente a Juan A. Fernández Tarazona).
Frente a los problemas que presentaban los tipos de resina compuestas antes mencionadas aunadas a una
tendencia clínica de tratar el sector anterior con un tipo de resina y el sector posterior con otra, surgieron las
resinas compuestas híbridas o ¨universales¨, estas estaban constituidas por una mezcla de rellenos de
diferentes tamaños, que ofrecían las bondades tanto de las macropartículas como de las micropartículas.
Sin embargo, este material sufre la desintegración química característica entre las interfaces, la matriz, el
macrorellenador. De la misma manera, la superficie de la obturación se torna áspera con el tiempo por el
desgaste de la resina o de matriz orgánica, a pesar de que se utilicen buenas técnicas de acabado. Pero
por la versatilidad clínica que ofrecen se consideran hasta hoy en día como el material compuesto más
próximo a lo ideal.
Fig. 9. Resinas compuestas híbridas de diferentes marcas comerciales (Imagen
perteneciente a Juan A. Fernández Tarazona).
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Hemos visto pues, que la búsqueda de la resina compuesta ideal fue el principal motivo para que
desarrollaran tanto estos materiales, siendo conseguidos parcialmente con la inclusión de las resinas
híbridas, pero como no todo en la vida es perfecto, esta presentaba problemas inherentes a su
composición.
Resinas de nanorelleno
Recientemente la nanotecnología ha hecho posible reducir aún más el tamaño de las partículas de relleno,
hasta alcanzar dimensiones nanométricas. El primer material de este tipo fue presentado a la profesión en
2002, por la firma 3M-ESPE, con el nombre de Filtek Supreme, hoy Filtek Supreme Plus (actualmente Filtek
Supreme XT), caracterizado por incluir una combinación de partículas de zirconio, sílice silanizada y
partículas aglomeradas de zirconio.
Fig. 10. Resina compuesta de nanorelleno Filtek Supreme Plus.
Este tipo de resina compuesta se caracteriza por poseer dos estructuras importantes. Las primeras son
nanopartículas o nanómeros que presentan una dimensión de aproximadamente 25 a 75nm y la segunda
los "nanoclusters" de aproximadamente 0,4 a 1,4 um, estos nanoclusters son una suerte de racimos de
uvas compuestos de las mismas nanopartículas aglomeradas o nanoagregadas. A diferencia de las densas
partículas de relleno de los híbridos, estos nanoclústeres son porosos y permiten que la matriz de resina del
composite rellene los espacios presentes dentro y entre los clústeres.
Fig. 11. Microscopías Electrónicas de Barrido que ilustran, arriba: la composición genérica de la
resina de nanorelleno Filtek Supreme XT, a la izquierda se observan los nanómeros o nanopartículas
(25 a 75nm) y al a derecha se aprecia un nanoclúster (0,4 y 1,4um) con su típica forma de racimo de
uvas. (MEB de Filtek Supreme XT perteneciente al Prof. Dr. Jorge Perdigao)
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Fig. 12. Microscopía Electrónica de Barrido a un nanoclúster con mayor aumento, se observa con
más claridad
la morfología que posee similar a un racimo de uvas, compuesta por nanómeros (MEB de
Filtek Supreme XT perteneciente al Prof. Dr. Jorge Perdigao).
Los objetivos que se persiguen al incorporar las nanopartículas en los composites son: mejorar las
propiedades mecánicas y estéticas, por ejemplo, resistencia a la abrasión, mejorar la lisura superficial y
permitir mejor terminado, incorporar más componente cerámico, disminuir la cantidad de resina en la
fórmula del composite, y con ello, disminuir la contracción de polimerización volumétrica (CPV) del mismo.
Al poseer un composite más carga cerámica, disminuye su porcentaje de contracción.
Fig. 13. Esquema que ilustra el proceso de manufacturación de las nanopartículas y nanoclústeres,
para su posterior inclusión en la matriz de la resina compuesta (3M ESPE Dental Products).
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El “efecto racimo de uvas”
Es útil establecer una analogía entre los nanoclústeres y los racimos de uvas. En ausencia de una fuerza
externa, las partículas individuales de un nanoclúster permanecen juntas, igual que lo que haría un racimo
de uvas. Como tal, los nanoclústeres se comportan como partículas grandes con una amplia distribución de
tamaño de partícula para conferirle manejo al composite.
Sin embargo, bajo las fuerzas abrasivas existentes en el ambiente intraoral, se desprenden nanopartículas
individuales, de forma semejante a uvas en un racimo. La superficie resultante después de la abrasión
todavía permanece lisa y es comparable a los microrellenos como evidencian las MEB. Las partículas de los
híbridos y microhíbrido, en cambio, no pueden subdividirse más, por lo que bajo la abrasión, se exponen y
desprenden estas partículas grandes, dejando una superficie rugosa y sin brillo. En la fig. 14, se comparan
las imágenes obtenidas mediante microscopio de fuerza atómica (AFM) de un microhíbrido representativo,
EsthetX, y un microrrelleno, Filtek A110, antes y después de 2.000 ciclos de abrasión mediante cepillo de
dientes con las del nanocompósito Filtek Supreme XT, con nanoclústeres y nanómeros. Tras el cepillado, la
muestra de Filtek Supreme XT conservó su lisura igual que el microrrelleno estudiado, mientras que la
superficie del microhíbrido se volvió bastante rugosa. Los estudios sobre retención del brillo tras un
cepillado prolongado durante 2.000 ciclos abrasivos también confirmaron los resultados anteriormente
mencionados (fig. 15).
Fig. 14. Imágenes de Microscopía Electrónica de Barrido de la superficie de un compósito
restaurador abrasionado por el cepillado dental. A. Híbrido. B. Microrelleno. C. FSS: Formulación de
Filtek Supreme con Standard de colores de dentina, cuerpo y esmalte (3M ESPE Dental Products, St.
Paul, Minn.). D. FST: Formulación de Filtek Supreme Translucido (3M ESPE Dental Products).
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Fig. 15. Microscopía de Fuerza Atómica (MFA) usada para observar la preservación del brillo
tras un cepillado prolongado durante 2.000 ciclos abrasivos (3M ESPE
Dental Products, St. Paul, Minn.).
En un estudio clínico realizado en la Universidad de Lovaina se demostró que después de un año, Filtek
Supreme XT muestra una tasa de desgaste comparable a la del esmalte humano.
Kunzelmann y col. Observaron que las propiedades de desgaste in vitro del composite con nanorelleno
Filtek Supreme XT eran superiores a las de todos los demás materiales incluidos en el estudio. Los estudios
clínicos indican que Filtek Supreme XT incluso parece tener propiedades de autopulido. El brillo es mejor
después de un año que en el momento de la colocación inicial y continúa teniendo buen aspecto después
de dos años.
En esta parte del trabajo cabe recalcar dos aspectos importantes, el primero de ellos es que al hacer
referencia a las resinas compuestas de nanorelleno nos hemos enfocado a la resina Filtek Supreme XT de
la 3M ESPE porque es esta firma comercial la única en el mercado que posee la patente de nanotecnología
aplicada a materiales dentales, esto principalmente se menciona ya que posteriormente haremos una
diferenciación con otros materiales que aseveran poseer nanotecnología en su formulación.
El segundo aspecto está relacionado con los cambios de nombre de la resina compuesta de nanorelleno
Filtek Supreme Plus Restaurador Universal, que esencialmente tienen que ver con las mejoras realizadas
en el producto con el fin de resolver un problema esencial que era su falta de precisión en cuanto al color,
ya que a un inicio esta resina no se ajustaba a la guía clásica de colores VITAPAN. Este problema fue
solucionado con el ajuste de color correspondiente, el resultado de estas mejoras se apreció en la resina
que apareció en el mercado norteamericano y europeo la resina con las mejoras con el nombre de Filtek
Supreme XT Restaurador Universal que contaba con una gama de 35 colores divididos entre colores para
esmalte, dentina, cuerpo e incisal. Para el caso particular de Latinoamérica, salió una versión reducida de
esta presentación con 8 colores básicos con el nombre de Filtek Z350.
Fig. 17. Imágenes que muestran la clara diferencia en cuanto al color entre Filtek Supreme Plus y
Filtek Supreme XT Restaurador Universal (Imágenes pertenecientes Dr. Grant Chyz).
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Fig. 18. Secuencia fotográfica clínica de una clase IV extensa resuelta con Filtek Supreme XT,
nótese el excelente grado de pulido y el biomimetismo entre la restauración y la pieza dentaria
(Fotografías pertenecientes al Prof. Dr. Marcos A. Vargas).
Fig. 19. Secuencia fotográfica clínica de una clase I extensa resuelta con Filtek Supreme XT, nótese
el excelente grado de pulido y el biomimetismo entre la restauración y la pieza dentaria (Fotografías
pertenecientes al Prof. Dr. Javier Fernández Zubizarreta).
Resinas nanohíbridas
Este tipo de resinas compuestas ha generado mucha confusión al tratar de clasificarlas y describir sus
características clínicas, pues difieren francamente de las resinas de nanorelleno.
Según Vargas, actualmente se viene empleando el término ¨nanohíbridas¨, que significa la incorporación de
nanopartículas dentro de un material microhíbrido.
En esencia, todo híbrido que contiene sílice pirogénico de 0.04um = 40 nanómetros puede denominarse
¨nanohíbrido¨.
Así que, estos tipos de resinas ciertamente poseen partículas nanométricas en su composición inorgánica
que oscila entre 20 a 60nm, pero a diferencia de las de nanorelleno no poseen un nanoclúster que este
formado por nanopartículas a manera de un racimo, en reemplazo de este tienen un microrelleno promedio
de 0.7 micrones. Estas partículas actuarán como soporte para las nanométricas y otorgan viscosidad al
material, regulan la consistencia, dan el color y la radiopacidad.
Justamente, las distintas formas de otorgar ese soporte a las nanopartículas son la diferencia más
importante con respecto a los distintos desarrollos comerciales.
Los aportes clínicos de estos materiales son bastantes parecidos a los de nanorelleno, pero su falencia
radica en lo que refiere a la pérdida de su partícula de soporte (microhíbrido) frente a una acción abrasiva
generando un efecto de ¨desplume¨ completo, alterando la lisura superficial y la conservación del brillo.
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Fig. 20. Microscopías Electrónicas de Barrido que comparan la resina compuesta de nanorelleno
Filtek Supreme XT con diversas resinas nanohíbridas donde se destaca la característica del
nanoclúster a diferencia del relleno microhíbrido que presentan las segundas (MEBs pertenecientes
al Prof. Dr. Jorge Perdigao).
Adhesivos con nanorelleno
La idea de aplicar carga inorgánica a un adhesivo partió del criterio de que esto ayudaría a incrementar su
resistencia. Esto surgió como respuesta a la contracción polimérica del adhesivo que presentaba muchos
problemas de desprendimiento de las paredes cavitarias y de sensibilidad postoperatoria.
Los primeros adhesivos en incorporar rellenos en su composición utilizaron partículas hechas de las mismas
resinas compuestas, lo cual les confería un mayor espesor de película, situación concordante con el objetivo
de disminuir la contracción de polimerización del adhesivo. La capa gruesa del adhesivo cumple una
segunda función que es aliviar las tensiones en el momento que se produzca la contracción de la resina
compuesta. La presencia de relleno en el adhesivo lo transforma en un material compuesto y así mejora sus
propiedades mecánicas.
Fig. 21. Adhesivos con diferente concentraciones de relleno: Excite (0.5%), One Step Plus (8.5 %),
Optibond Solo Plus y PQ 1 (40%), (Imagen perteneciente al Prof. Dr. Wilson Garone Filho.)
El incremento de la cantidad de relleno en un adhesivo aumenta su viscosidad y disminuye su
escurrimiento. Si el aumento de relleno impidiese adaptarse adecuadamente a la superficie de la dentina
acondicionada y, asimismo, penetrar en las fibras colágenas expuestas no se formara la capa híbrida y se
perderá adhesión y sellado marginal. Por otro lado, si el relleno no le impidiese penetrar al adhesivo,
entonces, teóricamente la adhesión debería mejorar puesto que el relleno contribuiría reducir la contracción
de polimerización y a reforzar la capa híbrida
La incorporación de nanorelleno permite trabajar con partículas con promedio de 5 nanómetros, a estas
partículas tan diminutas logran penetrar hasta alcanzar la capa híbrida, además de presentar una menor
contracción de polimerización, y además sus propiedades mecánicas son superiores respecto a un
adhesivo sin relleno. Pero su espesor de película más delgado no funciona como amortiguador de la
contracción de polimerización de la resina compuesta.
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Fig. 22. Adhesivos con nanorelleno (Imagen perteneciente al Prof. Dr. Wilson Garone Filho).
Fig. 22. Esquema y Microscopías Electrónicas de Barrido correspondiente a un adhesivo
con nanorelleno (Modificado de: Perfil técnico de Prime & Bond NT).
Conclusiones
Sin lugar a dudas la nanotecnología ha revolucionado el campo de los biomateriales dentales, llegando a
ofrecernos sistemas restauradores que se biointegran con los sustratos dentales. Además debemos
destacar que:
 Antes de cualquier procedimiento restaurador, debemos discernir claramente el tipo de resina a
utilizar ya que basado en las referencias dadas en este trabajo en el mercado abundan productos
que aseveran poseer nanotecnología en su formulación, siendo esencialmente un material
nanohíbrido que pese a su similitud estructural con una resina de nanorelleno, no posee el mismo
desempeño clínico.
 La mayor ventaja de los nanorellenos es la conservación de su regularidad superficial y la
conservación del pulido, como demuestran los estudios con ciclado abrasivo por cepillado dental.
 Algunos estudios independientes han demostrado que en lo referente al pulido, este incrementa con
sucesivos tratamientos de pulido.
 Poseen una fácil manipulación por no pegarse a los instrumentos.

Está completamente comprobada su versatilidad tanto en el sector anterior como posterior, ello
debido a sus propiedades mecánicas y estéticas que le confieren las nanopartículas.
 En lo referente a los adhesivos con nanorelleno, estos ofrecen una menor contracción de
polimerización a diferencia de los convencionales sin relleno.
 Estos adhesivos actúan como una capa amortiguadora de las resinas compuestas durante su
contracción de polimerización volumétrica.
Bibliografía
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2. Baratieri LN y cols. Estética: restauraciones adhesivas directas en dientes anteriores fracturados.
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3. Baratieri LN y cols. Odontología restauradora, fundamentos y posibilidades. Sao-Paulo: Santos,
2001.
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13. Perfil Técnico de Filtek Supreme Plus Restaurador Universal (3M ESPE).
14. Perfil Técnico de Filtek Supreme XT Restaurador Universal (3M ESPE).
15. Perfil Técnico de Grandio (Voco).
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18. Perfil Técnico de Tetric Evo Ceram (Ivoclar/Vivadent).
19. Román Payá, P. La nanociencia al servicio de la Estética. www.gacetadental.com.
20. Saravia Rojas M A. Nanotecnología y su aplicación en Odontología Estética y Restauradora.
www.odontologíaonine.com.
Autor:
Juan Augusto Fernández Tarazona
[email protected]
Juan Augusto Fernández Tarazona
Miembro Internacional de la AORYB -G, Guayas – Ecuador.
Miembro del Centro de Estudios Odontológicos, Lima – Perú.
Miembro de A.V.E.O, Valencia – España.
Miembro de A.N.E.O, Madrid – España.
Ayudante de la Cátedra de Anatomía Dental y Fisiología de
la Oclusión en la E.A.P de Odontología de la Universidad
Privada de Huánuco, Huánuco – Perú.
Alumno de 4to año de la E .A .P de Odontología de la
Universidad Privada de Huánuco, Huánuco – Perú.
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